文献综述

1引言

随着全球能源消耗和环境破坏的日益加剧，传统化石能源很难满足人类经济社会可持续发展的需求，太阳能作为一种清洁可再生能源，为能源供应提供了新渠道，而在各种新型的太阳能电池中，钙钛矿太阳电池以空前的发展速度脱颖而出，其理论转化效率可达50％，自出现以来，其光电转换效率从2009年的3.8%，^[1]快速增加到2014年初的19.3%，^[2]到2014年底，韩国化学技术研究所（KRICT)又将该光电转换效率提升到20.1%，^[3]引起国际学术界高度重视，目前有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池的最高效率效率已达22.1%。

钙钛矿太阳电池之所以具有优异的性能，与电池各功能层的制备工艺及性能密切相关。因此在钙钛矿太阳电池研究领域，对各功能层的制备工艺及性能的掌握尤为重要，可为研究低能耗、制备工艺简单、稳定性高和性能良好的钙钛矿太阳电池提供帮助。

2 钙钛矿太阳能电池结构及工作原理

典型钙钛矿太阳电池结构包括：氟掺杂锡氧化物 ( fluorine-doped tin oxide，FTO) 导电玻璃基底、TiO₂致密层、介孔支架层 ( TiO₂/ Al₂O₃) 、钙钛矿吸收层、空穴传输层 ( hole transporting layer，HTL) 和背电极 ( Au/Ag)，如图1所示。^[4]

图1 钙钛矿太阳能电池基本结构

以FTO/TiO₂/CH₃NH₃PbX/Spiro-OMeTAD/Au 结构的太阳能电池为例，其工作原理^[5,6]如图2所示。当钙钛矿层吸收太阳光被激发后，产生一对自由电子和空穴；被激发到钙钛矿导带的自由电子扩散到钙钛矿/TiO₂界面处，并注人到TiO₂的导带中；自由电子在TiO₂层中传输并到达FTO电极，然后流经外电路到达Au电极。在自由电子被激发到钙钛矿导带的同时，空穴也在钙钛矿价带产生并扩散到钙钛矿/空穴传输层界面，然后注人到Spiro-OMeTAD的价带中；空穴在空穴传输层中传输并到达Au电极，在此处与自由电子结合，完成一个回路。